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低内存终止守护程序

Android 低内存终止守护程序 (lmkd) 进程可监控运行中的 Android 系统的内存状态,并通过终止最不必要的进程来应对内存压力大的问题,使系统以可接受的性能水平运行。

内存压力简介

并行运行多个进程的 Android 系统可能会遇到系统内存耗尽,需要更多内存的进程出现明显延迟的情况。内存压力是系统内存不足的一种状态,它需要 Android 通过限制或终止不必要的进程、请求进程释放非关键缓存资源等方式来释放内存(以缓解这种压力)。

过去,Android 使用内核中的低内存终止守护程序 (LMK) 驱动程序来监控系统内存压力,该驱动程序是一种依赖于硬编码值的严格机制。从内核 4.12 开始,LMK 驱动程序已从上游内核中移除,改由用户空间 lmkd 来执行内存监控和进程终止任务。

压力失速信息

Android 10 及更高版本支持新的 lmkd 模式,它使用内核压力失速信息 (PSI) 监视器来检测内存压力。上游内核中的 PSI 补丁程序集(已向后移植到 4.9 和 4.14 内核)可测量由于内存不足导致任务延迟的时间。由于这些延迟会直接影响用户体验,因此它们代表了确定内存压力严重性的便捷指标。上游内核还包括 PSI 监视器,这类监视器允许特权用户空间进程(例如 lmkd)指定这些延迟的阈值,并在突破阈值时从内核订阅事件。

PSI 监视器与 vmpressure 信号

由于 vmpressure 信号(由内核生成,用于检测内存压力并由 lmkd 使用)通常包含大量误报,因此 lmkd 必须执行过滤以确定是否真的存在内存压力。这会导致不必要的 lmkd 唤醒并使用额外的计算资源。使用 PSI 监视器可以实现更精确的内存压力检测,并最大限度地减少过滤开销。

使用 PSI 监视器

如需使用 PSI 监视器(而不是 vmpressure 事件),请配置 ro.lmk.use_psi 属性。默认值为 true,这会以 PSI 监视器作为 lmkd 内存压力检测的默认机制。由于 PSI 监视器需要内核支持,因此内核必须包含 PSI 向后移植补丁程序,并在启用 PSI 支持 (CONFIG_PSI=y) 的情况下进行编译。

内核中 LMK 驱动程序的缺点

由于存在大量问题,Android 弃用了 LMK 驱动程序,问题包括:

  • 对于低内存设备,必须主动进行调整,即便如此,在处理涉及支持大文件的活跃页面缓存的工作负载时,其性能也较差。性能不良会导致出现抖动,但不会终止。
  • LMK 内核驱动程序依赖于可用内存限制,不会根据内存压力进行扩缩。
  • 由于设计的严格性,合作伙伴通常会自定义该驱动程序,使其可以在自己的设备上使用。
  • LMK 驱动程序已挂接到 Slab Shrinker API,该 API 并非为了执行繁重操作(例如搜索并终止目标)而设计,这类操作会导致 vmscan 进程变慢。

用户空间 lmkd

用户空间 lmkd 可实现与内核中的驱动程序相同的功能,但它使用现有的内核机制检测和评估内存压力。这些机制包括使用内核生成的 vmpressure 事件或压力失速信息 (PSI) 监视器来获取关于内存压力水平的通知,以及使用内存 cgroup 功能限制根据进程的重要性分配给每个进程的内存资源。

在 Android 10 中使用用户空间 lmkd

在 Android 9 及更高版本中,用户空间 lmkd 会在未检测到内核中的 LMK 驱动程序时激活。由于用户空间 lmkd 要求内核支持内存 cgroup,因此必须使用以下配置设置编译内核:

CONFIG_ANDROID_LOW_MEMORY_KILLER=n
CONFIG_MEMCG=y
CONFIG_MEMCG_SWAP=y

终止策略

用户空间 lmkd 支持基于以下各项的终止策略:vmpressure 事件或 PSI 监视器、其严重性以及交换利用率等其他提示。低内存设备和高性能设备的终止策略有所不同:

  • 对于内存不足的设备,一般情况下,系统会选择承受较大的内存压力。
  • 对于高性能设备,如果出现内存压力,则会视为异常情况,应及时修复,以免影响整体性能。

您可以使用 ro.config.low_ram 属性来配置终止策略(如需了解详情,请参阅低 RAM 配置)。

用户空间 lmkd 还支持一种旧模式,在该模式下,它使用与内核中的 LMK 驱动程序相同的策略(即可用内存和文件缓存阈值)做出终止决策。要启用旧模式,请将 ro.lmk.use_minfree_levels 属性设置为 true

配置 lmkd

使用以下属性为特定设备配置 lmkd

属性 使用 默认
ro.config.low_ram 指定设备是低内存设备还是高性能设备。 false
ro.lmk.use_psi 使用 PSI 监视器(而不是 vmpressure 事件)。 true
ro.lmk.use_minfree_levels 使用可用内存和文件缓存阈值来做出进程终止决策(即与内核中的 LMK 驱动程序的功能一致)。 false
ro.lmk.low 在低 vmpressure 水平下可被终止的进程的最低 oom_adj 得分。 1001
(停用)
ro.lmk.medium 在中等 vmpressure 水平下可被终止的进程的最低 oom_adj 得分。 800
(已缓存或非必要服务)
ro.lmk.critical 在临界 vmpressure 水平下可被终止的进程的最低 oom_adj 得分。 0
(任何进程)
ro.lmk.critical_upgrade 支持升级到临界水平。 false
ro.lmk.upgrade_pressure 由于系统交换次数过多,将在该水平执行水平升级的 mem_pressure 上限。 100
(停用)
ro.lmk.downgrade_pressure 由于仍有足够的可用内存,将在该水平忽略 vmpressure 事件的 mem_pressure 下限。 100
(停用)
ro.lmk.kill_heaviest_task 终止符合条件的最繁重任务(最佳决策)与终止符合条件的任何任务(快速决策)。 true
ro.lmk.kill_timeout_ms 从某次终止后到其他终止完成之前的持续时间(以毫秒为单位)。 0
(停用)
ro.lmk.debug 启用 lmkd 调试日志。 false

设备配置示例:

PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += \
    ro.lmk.low=1001 \
    ro.lmk.medium=800 \
    ro.lmk.critical=0 \
    ro.lmk.critical_upgrade=false \
    ro.lmk.upgrade_pressure=100 \
    ro.lmk.downgrade_pressure=100 \
    ro.lmk.kill_heaviest_task=true

Android 11 中的用户空间 lmkd

Android 11 通过引入新的终止策略改进了 lmkd。该终止策略使用 PSI 机制来执行 Android 10 中引入的内存压力检测。Android 11 中的 lmkd 会根据内存资源使用情况和抖动来防止出现内存不足和性能下降。这一终止策略取代了以前的策略,可同时用于高性能设备和低内存 (Android Go) 设备。

内核要求

对于 Android 11 设备,lmkd 需要以下内核功能:

  • 添加 PSI 补丁程序并启用 PSI(Android 通用内核 4.9、4.14 和 4.19 中提供向后移植)。
  • 添加 PIDFD 支持补丁程序(Android 通用内核 4.9、4.14 和 4.19 中提供向后移植)。
  • 对于低内存设备,添加内存 cgroup。

必须使用以下配置设置编译内核:

CONFIG_PSI=y

在 Android 11 中配置 lmkd

Android 11 中的内存终止策略支持下面列出的调节旋钮和默认值。这些功能在高性能设备和低内存设备上都可使用。

属性 使用 默认
高性能 低内存
ro.lmk.psi_partial_stall_ms 部分 PSI 失速阈值(以毫秒为单位),用于触发内存不足通知。如果设备收到内存压力通知的时间太晚,可以降低此值以在较早的时间触发通知。如果在不必要的情况下触发了内存压力通知,请提高此值以降低设备对噪声的敏感度。 70 200
ro.lmk.psi_complete_stall_ms 完全 PSI 失速阈值(以毫秒为单位),用于触发关键内存通知。如果设备收到关键内存压力通知的时间太晚,可以降低该值以在较早的时间触发通知。如果在不必要的情况下触发了关键内存压力通知,可以提高该值以降低设备对噪声的敏感度。 700
ro.lmk.thrashing_limit 工作集 refault 数量的上限,以占具有文件支持的页面缓存总大小的百分比表示。如果工作集 refault 的数量超过该值,则视为系统对其页面缓存造成抖动。如果设备性能在内存压力期间受到影响,请降低该值以限制抖动。如果因抖动原因而导致设备性能不必要地降低,请提高该值以允许更多抖动。 100 30
ro.lmk.thrashing_limit_decay 抖动阈值衰减,以占在系统无法恢复时(甚至是终止后)用于降低阈值的原始阈值的百分比表示。如果持续抖动导致不必要的终止,请降低该值。如果终止后对持续抖动的响应速度过慢,请提高该值。 10 50
ro.lmk.swap_util_max 最大交换内存量,以占可交换内存总量的百分比表示。如果交换的内存量超过此上限,则表示系统在交换了其大部分可交换内存后仍然存在压力。 当内存压力是由不可交换内存的分配导致时,就可能会发生这种情况,原因在于大部分可交换内存已经交换,所以无法通过交换来缓解这一压力。默认值为 100,这实际上会停用此检查。如果设备的性能在交换利用率较高且可用交换水平未降至 ro.lmk.swap_free_low_percentage 的内存压力期间受到影响,请降低该值以限制交换利用率。 100 100

以下旧的调节旋钮也可用于新的终止策略。

属性 使用 默认
高性能 低内存
ro.lmk.swap_free_low_percentage 可用交换水平,以占总交换空间的百分比表示。“lmkd”使用该值作为阈值来判断何时将系统视为交换空间不足。如果“lmkd”因交换空间过多而终止,请降低该百分比。如果“lmkd”终止得太晚,从而导致 OOM 终止,请提高该百分比。 20 10
ro.lmk.debug 这会启用“lmkd”调试日志。在调节时启用调试。 false